Сақтандыру жүйелерінде пайдаланушы факторларының ролі
Alarm management
Қорғау жүйелерінің қолдануға ыңғайлылығы: дабыл ағынының алдын алу, жүйелерді жақсарту, өндіріс шығындарын азайту және қауіпсіздікті арттыру туралы мақала.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Төтенше жағдай сигнализациясы жүйесінің қолдануы
Usability factor in alarm systems
Төтенше жағдай сигнализациясын басқару – бұл адам факторы мен эргономиканы, сондай-ақ құралдар инженериясы мен жүйелік ойлауды қолдану арқылы сигнализация жүйесінің жобасын жақсарту және оның қолдануын арттыру болып табылады. Көбінесе негізгі қолдану мәселесі – өсімдік тоқыраған кезде тым көп дабылдардың хабарлануы, бұл әдетте дабыл тасқыны деп аталады (бұзу дауылға ұқсас), себебі бұл шамадан тыс жауын-шашын салдарынан туындаған тасқынға ұқсас, ал дренаж жүйесінің сыйымдылығы тұрақты. Дегенмен, сигнализация жүйесінде нашар жобаланған дабылдар, дұрыс орнатылмаған дабыл шегі, тиімсіз хабарлау, түсініксіз дабыл хабарламалары сияқты басқа да мәселелер болуы мүмкін. Төтенше жағдай сигнализациясын нашар басқару – жоспарланбаған тоқтаудың негізгі себептерінің бірі болып табылады, бұл жыл сайын 20 миллиард доллардан астам өндіріс шығындарына және Техас Ситидегі сияқты ірі өнеркәсіптік апаттарға әкеледі. Жақсы дабыл басқару тәжірибесін әзірлеу – бұл жекелеген іс-қимыл емес, үздіксіз процесс (яғни, бұл мақсатқа жетуден гөрі, саяхатқа ұқсас).
Alarm management is the application of human factors and ergonomics along with instrumentation engineering and systems thinking to manage the design of an alarm system to increase its usability. Most often the major usability problem is that there are too many alarms annunciated in a plant upset, commonly referred to as alarm flood (similar to an interrupt storm), since it is so similar to a flood caused by excessive rainfall input with a basically fixed drainage output capacity. However, there can also be other problems with an alarm system such as poorly designed alarms, improperly set alarm points, ineffective annunciation, unclear alarm messages, etc. Poor alarm management is one of the leading causes of unplanned downtime, contributing to over $20B in lost production every year, and of major industrial incidents such as the one in Texas City. Developing good alarm management practices is not a discrete activity, but more of a continuous process (i. e., it is more of a journey than a destination).
Ескертудің қатесі
Үлкен химиялық, мұнай өңдеу, электр энергиясын өндіру және басқа да өңдеу зауыттары өздерінің құрылымынан бастап, процесті сәтті жұмыс істеу және өнімдерді өндіру үшін басқару жүйесін пайдалануды қажет етті. Компоненттердің процеске қарағанда нәзік болуына байланысты, бұл басқару жүйелеріне оларды сыртқы факторлар мен процестік жағдайлардан қорғау үшін басқару бөлмесі қажет болды. Басқару бөлмелерінің алғашқы күндерінде "панельдік тақталар" қолданылды, олар басқару құралдарымен және индикаторлармен жабдықталған. Бұл құралдар процестегі ағындарда және процестік жабдықтардың сыртында орналасқан сенсорларға қосылды. Сенсорлар өздерінің ақпаратын басқару құралдарына аналогты сигналдар арқылы жіберді, мысалы, бұрмаланған жұп сымдар арқылы 4-20 мА ток тізбегі. Бастапқыда бұл жүйелер тек ақпаратты ұсынды, ал жақсы оқытылған оператор процесті жобаланған шектерінде ұстау үшін ағым жылдамдығын өзгерту немесе энергияны реттеу арқылы түзетулер жасау қажет болды. Операторды жобалық шектерден асып кетуі мүмкін жағдай туралы ескерту үшін дабылдар қосылды. Сонымен қатар, қауіпсіздік, экологиялық немесе экономикалық тұрғыдан қабылданбас процестік шектерден асып кету қаупі бар процестерді тоқтату үшін тоқтату жүйелері пайдаланылды. Операторларға ескертулерді дабыл үндеткіштері және әртүрлі түсті шамдар арқылы берілді. (Мысалы, жасыл шам – жақсы, сары – жаман, ал қызыл – өте жаман дегенді білдірді.) Панельдік тақталар әдетте зауыттағы процестің ағысын бейнелейтіндей етіп орналастырылды. Зауыттың жұмыс бірліктерін көрсететін құралдар тану және мәселені тез шешу үшін топтастырылды. Бүкіл панельді қарап, зауыттың қай бөлімі нашар жұмыс істеп жатқанын анықтау оңай болды. Бұл құралдардың дизайны мен құралдармен байланысты дабылдардың іске асырылуына байланысты болды. Құрал жасаушы компаниялар өздерінің құралдарын жобалауға және орналастыруға көп күш жұмсады. Олар үшін адамның жылдам көзқараспен қанша ақпаратты қабылдай алатынын анықтау үшін мінез-психологиялық тәжірибелерді қолданды. Күрделі зауыттарда күрделі панельдік тақталар болды, сондықтан көбінесе көптеген операторлар немесе басқарушылар қажет болды. Осылайша, панельдік тақта жүйелерінің алғашқы күндерінде дабылдардың саны мен құны шектелді. Негізінен, олар қол жетімді тақта кеңістігінің мөлшерімен және сымдарды қосу, дабыл үндеткішін (сиренаны), индикаторды (шамды) және шешілген дабылдарды өшіру үшін ауыстырғыштарды қосу құнымен шектелді. Жаңа дабыл қажет болған жағдайда, ескі дабылдан бас тартуға тура келді. Технология дамыған сайын, басқару жүйесі мен басқару әдістері жыл сайын зауыттарды автоматтандыру деңгейін арттыруға міндеттелді. Күрделі материалдарды өңдеуге күрделі басқару әдістемелері қажет болды. Сонымен қатар, жаһандық бәсекелестік өндіріс операцияларын энергияны аз пайдалана отырып, өндірісті арттыруға және қалдықтарды азайтуға итермеледі. Панельдік тақталар дәуірінде арнайы инженерге процесс өлшеу мен басқарумен байланысты электрондық жабдықтардың, процесті басқару үшін қажетті басқару алгоритмдерінің (PID негіздері) және өнімдерді жасау үшін қолданылатын нақты процестің комбинациясын түсіну қажет болды. 80-жылдардың ортасында біз цифрлық революцияға ендік. Таратылған басқару жүйелері (DCS) өнеркәсіпке үлкен пайда әкелді. Инженер енді басқару функцияларын орындау үшін қажетті жабдықты түсінбестен процесті басқара алатын болды. Панельдік тақталар енді қажет емес еді, өйткені бұрын аналогты құралдар арқылы алынған барлық ақпаратты цифрландырып, компьютерге енгізіп, күшейткіштер мен потенциометрлермен орындалған басқару әрекеттерін қайталайтын болды. Бұл дабылдарды орнату мен пайдалануды оңай және арзан етті. Сіз жай ғана орналасқан жерін, дабылдың мәнін енгізіп, оны белсенді күйге қоятын едіңіз. Бұл салдарынан көп ұзамай адамдар кез келген нәрсеге дабыл орната бастады. Бастапқы орнатушылар кез келген айнымалының жұмыс диапазонының 80% және 20% -ында дабыл орнатуды әдетке айналдырды. Бағдарламаланатын логикалық басқарушыларды, қауіпсіздік жүйелерін және жинақталған жабдықтарды басқарушыларды интеграциялаумен бірге дабылдардың саны күрт өсті. Цифрлық революцияның тағы бір жағымсыз салдары – бұрын бірнеше шаршы метрді алып жатқан панельдік кеңістік енді 17 дюймдік компьютер мониторына сыйып қалуы керек болды. Алдыңғы панельдегі ақпаратты көшіру үшін көп беттік ақпарат қолданылды. Операторды қарап отырған бетіне өтуге шақыру үшін дабылдар пайдаланылды. Операторға бак толғанып жатқанын хабарлау үшін дабылдар қолданылды. Операциялар жасалған кез келген қателік әдетте жаңа дабылға әкелетін. OSHA 1910 ережелерінің енгізілуімен HAZOP зерттеулері әдетте бірнеше жаңа дабылдарды талап етті. Дабылдар әр жерде болды. Деректердің көп болуы және пайдалы ақпараттың жетіспеуі салдарынан оқиғалар көбейе бастады.
From their conception, large chemical, refining, power generation, and other processing plants required the use of a control system to keep the process operating successfully and producing products. Due to the fragility of the components as compared to the process, these control systems often required a control room to protect them from the elements and process conditions. In the early days of control rooms, they used what were referred to as "panel boards" which were loaded with control instruments and indicators. These were tied to sensors located in the process streams and on the outside of process equipment. The sensors relayed their information to the control instruments via analogue signals, such as a 4 20 mA current loop in the form of twisted pair wiring. At first these systems merely yielded information, and a well trained operator was required to make adjustments either by changing flow rates, or altering energy inputs to keep the process within its designed limits. Alarms were added to alert the operator to a condition that was about to exceed a design limit, or had already exceeded a design limit. Additionally, shutdown systems were employed to halt a process that was in danger of exceeding either safety, environmental or monetarily acceptable process limits. Alarm were indicated to the operator by annunciator horns, and lights of different colours. (For instance, green lights meant OK, Yellow meant not OK, and Red meant BAD.) Panel boards were usually laid out in a manner that replicated the process flow in the plant. So instrumentation indicating operating units with the plant was grouped together for recognition sake and ease of problem solution. It was a simple matter to look at the entire panel board, and discern whether any section of the plant was running poorly. This was due to both the design of the instruments and the implementation of the alarms associated with the instruments. Instrumentation companies put a lot of effort into the design and individual layout of the instruments they manufactured. To do this they employed behavioural psychology practices which revealed how much information a human being could collect in a quick glance. More complex plants had more complex panel boards, and therefore often more human operators or controllers. Thus, in the early days of panel board systems, alarms were regulated by both size and cost. In essence, they were limited by the amount of available board space, and the cost of running wiring, and hooking up an annunciator (horn), indicator (light) and switches to flip to acknowledge, and clear a resolved alarm. It was often the case that if a new alarm was needed, an old one had to be given up. As technology developed, the control system and control methods were tasked to continue to advance a higher degree of plant automation with each passing year. Highly complex material processing called for highly complex control methodologies. Also, global competition pushed manufacturing operations to increase production while using less energy, and producing less waste. In the days of the panel boards, a special kind of engineer was required to understand a combination of the electronic equipment associated with process measurement and control, the control algorithms necessary to control the process (PID basics), and the actual process that was being used to make the products. Around the mid 80's, we entered the digital revolution. Distributed control systems (DCS) were a boon to the industry. The engineer could now control the process without having to understand the equipment necessary to perform the control functions. Panel boards were no longer required, because all of the information that once came across analogue instruments could be digitised, stuffed into a computer and manipulated to achieve the same control actions once performed with amplifiers and potentiometers. As a side effect, that also meant that alarms were easy and cheap to configure and deploy. You simply typed in a location, a value to alarm on and set it to active. The unintended result was that soon people alarmed everything. Initial installers set an alarm at 80% and 20% of the operating range of any variable just as a habit. The integration of programmable logic controllers, safety instrumented systems, and packaged equipment controllers has been accompanied by an overwhelming increase in associated alarms. One other unfortunate part of the digital revolution was that what once covered several square yards of panel space, now had to be fit into a 17 inch computer monitor. Multiple pages of information was thus employed to replicate the information on the replaced panel board. Alarms were used to tell an operator to go look at a page he was not viewing. Alarms were used to tell an operator that a tank was filling. Every mistake made in operations usually resulted in a new alarm. With the implementation of the OSHA 1910 regulations, HAZOPS studies usually requested several new alarms. Alarms were everywhere. Incidents began to accrue as a combination of too much data collided with too little useful information.
Дабыл басқару тарихы
Дабылдардың проблемаға айналып бара жатқанын мойындаған өндірістік бақылау жүйелерін пайдаланушылар бірігіп, 1990 жылы Honeywell басшылығымен клиенттерге консультациялық кеңес ретінде Дабылдарды басқару жөніндегі жұмыс тобын құрды. AMTF химиялық, мұнай-химия және мұнай өңдеу салаларының өкілдерін қамтыды. Олар дабылдарды басқарумен байланысты мәселелер бойынша ақпарат жинап, құжат жазды. Бұл топ тез арада дабылдармен байланысты проблемалардың үлкен проблеманың бір бөлігі ғана екенін түсінді және Аномальды жағдайларды басқару консорциумын (ASM – Honeywell-дің тіркелген тауарлық белгісі) құрды. ASM консорциумы зерттеу ұсынысын жасады және 1994 жылы Ұлттық Стандарттар және Технология институтынан (NIST) қаржыландыру алды. Бұл жұмыстың негізгі мақсаты – процесті басқару операторларының табысты жұмыс істеуіне әсер ететін күрделі адам-жүйе өзара әрекеттесуін және факторларды қарастыру болды. Автоматтандыру шешімдері көбінесе осы шешіммен өзара әрекеттесетін адамды ескермей жасалған. Атап айтқанда, дабылдар басқару пультінің операторының жағдайды түсінуін жақсартуға арналған, бірақ дұрыс конфигурацияланбаған дабыл жүйесі бұл мақсатқа жете алмайды. ASM консорциумы дабылдарды басқарудағы ең жақсы тәжірибелер, оператордың жағдайды түсінуі, оператордың тиімділігі және операторға бағытталған басқа да мәселелер туралы құжаттар жасады. Бұл құжаттар бастапқыда ASM консорциумының мүшелеріне ғана қолжетімді болды, бірақ ASMC жақында оларды жалпы қолдануға ұсынды. ASM консорциумы сонымен қатар Ұлыбританиядағы Инженерлік жабдықтар мен материалдарды пайдаланушылар қауымдастығы (EEMUA) жариялаған дабылдарды басқару жөніндегі нұсқаулықты әзірлеуге қатысты. ASM консорциумы өз мүше компанияларынан деректер ұсынды және нұсқаулықты редакциялауға көмектесті. Нәтижесінде EEMUA 191 "Дабыл жүйелері – Жобалау, басқару және сатып алу жөніндегі нұсқаулық" пайда болды. Көптеген институттар мен ұйымдар өнеркәсіптік өндіріс жүйелерінде дабылдарды тиімді пайдалану бойынша ең жақсы тәжірибелерді қолдануға мүшелеріне көмектесу үшін дабылдарды басқару стандартын әзірлеп жатыр. Олардың ішінде ISA (ISA 18.2), API (API 1167) және NAMUR (Namur NA 102) бар. Сондай-ақ бірнеше компаниялар пайдаланушыларға дабылдарды басқару мәселелерін шешуге көмектесетін бағдарламалық қамтамасыз ету пакеттерін ұсынады. Оларға DCS өндіруші компаниялар және қосымша жүйелерді ұсынатын үшінші тарап өндірушілер кіреді.
Recognizing that alarms were becoming a problem, industrial control system users banded together and formed the Alarm Management Task Force, which was a customer advisory board led by Honeywell in 1990. The AMTF included participants from chemical, petrochemical, and refining operations. They gathered and wrote a document on the issues associated with alarm management. This group quickly realised that alarm problems were simply a subset of a larger problem, and formed the Abnormal Situation Management Consortium (ASM is a registered trademark of Honeywell). The ASM Consortium developed a research proposal and was granted funding from the National Institute of Standards and Technology (NIST) in 1994. The focus of this work was addressing the complex human system interaction and factors that influence successful performance for process operators. Automation solutions have often been developed without consideration of the human that needs to interact with the solution. In particular, alarms are intended to improve situation awareness for the control room operator, but a poorly configured alarm system does not achieve this goal. The ASM Consortium has produced documents on best practices in alarm management, as well as operator situation awareness, operator effectiveness, and other operator oriented issues. These documents were originally for ASM Consortium members only, but the ASMC has recently offered these documents publicly. The ASM consortium also participated in development of an alarm management guideline published by the Engineering Equipment & Materials Users' Association (EEMUA) in the UK. The ASM Consortium provided data from their member companies, and contributed to the editing of the guideline. The result is EEMUA 191 "Alarm Systems A Guide to Design, Management and Procurement". Several institutions and societies are producing standards on alarm management to assist their members in the best practices use of alarms in industrial manufacturing systems. Among them are the ISA (ISA 18.2), API (API 1167) and NAMUR (Namur NA 102). Several companies also offer software packages to assist users in dealing with alarm management issues. Among them are DCS manufacturing companies, and third party vendors who offer add on systems.
Дабылдарды басқару қажеттілігі
Дабыл басқару, әдетте оператор қадағалауды басқару жүйесін (DCS, SCADA немесе бағдарламаланатын логикалық контроллер – PLC) пайдалана отырып басқарылатын өндірістік ортада қажет болады. Мұндай жүйеде жүздеген жеке дабылдар болуы мүмкін, және бұрын олар жүйедегі басқа дабылдарды ескере отырып жасалмаған. Адам бір уақытта бір нәрсе ғана жасай алады және бір уақытта шектеулі нәрсеге ғана назар аудара алады, сондықтан дабылдар адам операторы қабылдай алатын жылдамдықпен ұсынылуын қамтамасыз ету қажет, әсіресе зауыттың жұмысы бұзылған немесе ерекше жағдайда болғанда. Сондай-ақ, дабылдар оператордың назарын оның міндетті түрде назар аударуы керек ең маңызды мәселеге бағыттауға қабілетті болуы керек, мысалы, маңыздылығының дәрежесін көрсету үшін басымдық пайдалану арқылы. Үздіріссіз өндіріс, үздіріссіз қызмет көрсету және күндіз-түні кез келген уақытта жоғары сапаны қамтамасыз ету үшін, бірнеше командадан тұратын ұйым болуы керек, олар оқиғалар орын алғанда бірінен соң бірі оларды өңдейді. Бұл көбінесе кезекшілік басқару деп аталады. Кезекшілік басқару бір немесе бірнеше адамнан (объектіні басқарушы, техникалық қызметкерлер) тұратын командаға немесе сыртқы ұйымға (қорғаушылар, телебақылау орталығы) сүйенеді. Бір процеске немесе деңгейге толық уақытты бақылаушы тағайындамау үшін ақпаратты және/немесе оқиғаларды беру міндетті. Бұл ақпараттық жіберу кезекші персоналдың мобильділігі мен тиімділігін арттырады және оларға бір уақытта басқа да тапсырмаларды орындауға мүмкіндік береді.
Alarm management is usually necessary in a process manufacturing environment that is controlled by an operator using a supervisory control system, such as a DCS, a SCADA or a programmable logic controller (PLC). Such a system may have hundreds of individual alarms that up until very recently have probably been designed with only limited consideration of other alarms in the system. Since humans can only do one thing at a time and can pay attention to a limited number of things at a time, there needs to be a way to ensure that alarms are presented at a rate that can be assimilated by a human operator, particularly when the plant is upset or in an unusual condition. Alarms also need to be capable of directing the operator's attention to the most important problem that he or she needs to act upon, using a priority to indicate degree of importance or rank, for instance. To ensure a continuous production, a seamless service, a perfect quality at any time of day or night, there must be an organisation which implies several teams of people handling, one after the other, the occurring events. This is more commonly called the on call management. The on call management relies on a team of one or more persons (site manager, maintenance staff) or on external organisation (guards, telesurveillance centre). To avoid having a full time person to monitor a single process or a level, information and / or events transmission is mandatory. This information transmission will enable the on call staff to be more mobile, more efficient and will allow it to perform other tasks at the same time.
Жағдайларды жақсартудың кейбір әдістері
Жағдайды жақсарту техникалары ең қарапайым шаралардан, мысалы, маңызсыз және аз құнды дабылдарды азайтудан бастап, жеке дабылдар арасындағы қарым-қатынастарды ескере отырып, дабыл жүйесін толыққанды қайта жобалауға дейін өзгереді.
The techniques for achieving rate reduction range from the extremely simple ones of reducing nuisance and low value alarms to redesigning the alarm system in a holistic way that considers the relationships among individual alarms.
Жобалау нұсқаулығы
Бұл қадам дабылдарды жобалау әдістемесін немесе қағидаларын құжаттауды қамтиды. Оған қандай жағдайларда дабыл беру керектігі, дабыл хабарламалары мен мәтіндік хабарламалар стандарты, оператордың дабылдармен қалай өзара әрекеттесетіні сияқты мәселелер кіруі мүмкін.
This step involves documenting the methodology or philosophy of how to design alarms. It can include things such as what to alarm, standards for alarm annunciation and text messages, how the operator will interact with the alarms.
Ұтымдылық және құжаттама
Бұл кезеңде барлық дабылдар толық қарастырылып, олардың жобалау мақсаты құжатталады, сондай-ақ олардың дұрыс таңдалғаны, орнатылғаны және жобалық талаптарға сай келетіні тексеріледі. Ең жақсы жағдайда бұл кезең дабылдар санын азайтуға мүмкіндік береді, бірақ бұл әрқашан осылай бола бермейді.
This phase is a detailed review of all alarms to document their design purpose, and to ensure that they are selected and set properly and meet the design criteria. Ideally this stage will result in a reduction of alarms, but doesn't always.
Қалыптасқан әдістер
Жоғарыда аталған қадамдар көбінесе операциялық бұзылыс кезінде дабыл ағынын тоқтатуға жеткіліксіз болып табылады, сондықтан белгілі бір жағдайларда дабылды басу сияқты жетілдірілген әдістер қажет. Мысалы, сорғыны тоқтату әрқашан сорғы шығыс ағынында төмен ағын дабылын тудырады, сондықтан сорғы тоқтатылған болса, төмен ағын дабылы басылуы мүмкін, себебі ол оператор үшін қосымша мәнге ие емес, өйткені ол оның сорғыны тоқтату нәтижесінде туындағанын біледі. Әрине, бұл тәсіл өте күрделі болуы мүмкін және жобалау кезінде едәуір сақтық қажет. Мысалы, жоғарыдағы жағдайда, төмен ағын дабылы операторға сорғының тоқтағанын растайтындықтан, қосымша мәнге ие деп айтуға болады. Процестің шектерін (Шектерді басқару) де ескеру қажет. Өндіріс жүйелерінің күрделілігі мен көлемі артаған сайын дабыл басқарудың қажеттілігі арта түседі. Дабыл басқару қажеттілігінің көп бөлігі ДСС-де дабылды дерлік қосымша шығынсыз конфигурациялау мүмкіндігінен туындайды, ал бұрын пневматикалық немесе электрондық аналогтық құралдардан тұратын физикалық басқару панелі жүйелерінде әр дабыл үшін шығындар және басқару панелінің аумағы қажет болғандықтан, дабылға деген қажеттілік туралы көбірек ойластырылатын. Three Mile Island, Чернобыль апаты және Deepwater Horizon сияқты көптеген апаттар дабыл басқарудың қажеттілігін нақты көрсетті.
The above steps will often still fail to prevent an alarm flood in an operational upset, so advanced methods such as alarm suppression under certain circumstances are then necessary. As an example, shutting down a pump will always cause a low flow alarm on the pump outlet flow, so the low flow alarm may be suppressed if the pump was shut down since it adds no value for the operator, because he or she already knows it was caused by the pump being shut down. This technique can of course get very complicated and requires considerable care in design. In the above case for instance, it can be argued that the low flow alarm does add value as it confirms to the operator that the pump has indeed stopped. Process boundaries (Boundary Management) must also be taken into account. Alarm management becomes more and more necessary as the complexity and size of manufacturing systems increases. A lot of the need for alarm management also arises because alarms can be configured on a DCS at nearly zero incremental cost, whereas in the past on physical control panel systems that consisted of individual pneumatic or electronic analogue instruments, each alarm required expenditure and control panel area, so more thought usually went into the need for an alarm. Numerous disasters such as Three Mile Island, Chernobyl accident and the Deepwater Horizon have established a clear need for alarm management.